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目前碳化硅在充电桩市场中渗透率不高,主要原因归根到底还是在于成本。业内资深专家袁工向《华强电子》记者表示:“在功率器件领域,电压等级不同器件价格有所差异。在同电压等级下,碳化硅功率器件的价格大概是传统硅器件的1.5倍到2倍之间。”

在一般充电桩中,充电模块作为核心部件,占充电桩总成本的比例高达50%,其中充电模块的主要成本在于IGBT。而碳化硅作为替代产品相同电压等级下成本相比IGBT高出1.5倍甚至2倍,这显然是下游生产商们难以承受的。

事实上,早在19年前,英飞凌便率先发布了碳化硅SBD(肖特基二极管);2010年,罗姆半导体成功量产碳化硅MOSFET产品。但时至今日,碳化硅功率器件由于种种原因,价格仍无法下降到可以广泛应用的程度。

张永熙博士认为,碳化硅功率器件成本高,主要是由于材料成本上存在不少问题,首先是衬底单晶生长难。不同于硅材料的生长,将多晶硅融化后拉单晶可以做成晶锭。碳化硅则是采用高温等气相淀积的方法来生长,它没有液体的形态,达到2700度高温后直接从固态升华成气态,所以材料生长在批量生产中很困难。

上海瞻芯电子科技有限公司创始人兼总经理张永熙博士

另一方面,对于碳化硅MOSFET而言,合格率也是一个挑战。即使是碳化硅龙头企业Cree,在去年一个季度的财报中也专门提到了,其6英寸碳化硅晶圆在上量过程中出现合格率低的问题。“要改善碳化硅MOSFET良率,除了在芯片制造领域加强工艺控制外,还需要在测试端完成CP测试、FT测试、筛选测试等步骤,来发现具体问题以改善制造工艺。”张永熙补充到。

而在降低成本方面,英飞凌也在做相关的投入。据陈子颖介绍,英飞凌收购了位于德累斯顿的初创公司Siltectra,这家初创公司研发了冷切割(ColdSplit)这一创新技术,可高效处理晶体材料,并最大限度减少材料损耗。英飞凌将利用冷切割技术切割碳化硅晶圆,使单片晶圆可产出的芯片数量翻倍。

英飞凌大中华区工业功率控制事业部市场高级经理陈子颖

陈子颖坦言:“确实碳化硅器件成本会比硅器件高,但是它已经与90年代初IGBT单管的价格相当了。碳化硅材料成本比硅高是难以改变,但随着碳化硅整个产业链的技术成熟,碳化硅器件成本一定会有显著下降。”

众所周知,半导体器件中,无论是硅基半导体还是化合物半导体,其晶圆衬底尺寸都逐渐往大尺寸方向发展。目前能够批量出货的碳化硅衬底最大为6英寸,国际上8英寸衬底也正在向量产稳步推进,但主流的仍是4英寸衬底。

对于目前主流的4英寸碳化硅衬底,张永熙认为其优势将会越来越弱:“尽管目前从价格上看,4英寸碳化硅衬底材料成本不到6英寸的一半,对于一些低端器件如碳化硅二极管等,4英寸还有一定竞争力。但随着碳化硅材料进一步成熟,6英寸降价空间非常大。在未来的3到5年内,6英寸将会降到今天4英寸的价格,这是大势所趋。”


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